用电器电源自动控制电路的电子自动化实现 左函未Word文档下载推荐.docx
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3设计思想
首先分析题目要求，我从中得到下面几点内容：
1．用电器可以自动开启30s,然后就会自动关闭30s，如此周而复始，同时要有状态的显示—〉所以这里需要用到一个30进制的计数器，且有一个输出端表示用电器的工作状态。
2．题目要求随时都可以采用自动控制方式对用电器进行控制，即：
通过手动使用器由运行转换到停止或由停止转换到运行—〉因此必须有一个输入端用作开关来对用电器进行工作状态的控制。
3．定时信号的设计，且要有分秒的倒计时显示—〉首先必须得用到减法计数器，用减法计数器来做成”分”和”秒”；
另外很重要的是要用到扫描电路，用以显示倒计时。
此定时信号是用来控制整个电路的工作时间。
4．当然，在这其中不免会用到一些触发器、与非门、或非门、与门、或门、非门等。
5．在设计的时候可以首先把整个电路分成若干个小模块，如果先把小模块设计出来，那么整个电路就不成问题了。
4设计方案
将整个器件设计变为三个模块，即30计数器，计时器和显示模块
计数的设计
（一）30计数器
因为现成的计数器只有十进制计数器74160和十六进制计数器74161，要想做一个30进制的计数器，需要用两片计数器。
这里，我利用两片十进制计数器74160来构成一个30进制计数器。
依据如下：
把第一片74160的四位输出端接成1001（即十进制中的9），另一片接成0010（即十进制中的2），然后把第一片的进位输出端C接到第二片的使能控制端EP和ET上，每当第一片计成9（1001）时C变为1，下一个CP信号到达时第二片为计数工作状态，计入1，而当第一片计成0（0000），它的C端回到低电平；
第一片的EP
和ET接高电平恒为1，始终处于计数工作状态。
这样就构成了30进制计数器。
另外，还要有一个输出端是用来表示用电器工作状态的，我用到了一个JKFF、非门、与门。
具体的逻辑电路如下图所示：
图1
图形说明：
（1）此图是采用整体置数法接成的30进制计数器。
首先需将两片74160接成百进制计数器，然后将电路的29状态译码产生0信号，把此0信号和一个表示开关的输入端相“与”的结果（以下均称为”A”）同时加到两片74160的LD端（即LD非端），当下一个计数脉冲（第30个计数脉冲）到达时，将0000同时置入两片74160中，从而得到30进制计数器。
（2）JKFF在J=K=1时，输出波形不断翻转。
将“A”作为JKFF的CP信号，则输出端会0、1、0、1……这样循环,将此输出连接到某一指示灯上，若出现“灭”与“亮”每隔30秒交替的现象，就说明该用电器的工作状态为：
自动开启30s,然后自动进入关闭状态。
（3）该逻辑图中的CP信号设为CP
该模块的仿真波形图如下所示
图2
图形说明：
（1）KaiGuan一栏表示开关的状态：
0表示关闭，1表示打开。
7表示用电器的状态：
0表示停止，1表示运行。
20表示计数的高位（即十位），一直按照0、1、2……循环。
10表示计数的低位（即个位），一直按照0、1、2、3、4、5、6、
7、8、9、0……循环。
（2）当开关保持状态1不变，20由2变为0时，7会自动改变状态进行翻转。
这说明用电器运行30s和停止30s是自动循环的。
（3）在任意时刻，若手动开关改变其状态，则用电器的状态也会翻转，并且重新开始计时30s。
结论：
通过对逻辑电路进行仿真，从波形图上可以看出，此逻辑电路的设计是正确的，符合题目要求。
定时的设计
题目要求有分秒的定时，且为倒计时，所以必然会用到减法计数器。
74168为十进制同步加减计数器，当U/DN=0时，它可以做减法计数。
不妨把时间定时为5分钟，即数码管上倒计时的时间显示为从5分59秒开始，到0分00秒结束。
这里要用到3片74168。
另外，还须有T触发器、或门、或非门、与门、非门等。
图3
（1）首先，74168做减法计数，U/DN=0，要把它接地。
（2）秒的定时为0~59s需要用到两片74168，因为是倒计时，和一般的情况稍有差别，所以应该把八个输出端用一个或门译成0后加到LD非端，且第一片和第二片的输入端D0~D3应分别译成1001、0101（即十进制中的9、5）。
还要把秒的借位输出作为分的脉冲信号，这样，当秒减够60后，分会自动减1。
依据同样的道理，分的定时只需一片74168即可，同时把四个输出端用或门译成0加到LD非端，输入端D0~D3译成0101（即十进制中的5）。
这样，就把时间的的初始值置为0分00秒，而后马上回到5分59秒，这就开始了倒计时。
（3）为了使倒计时计到0分00秒的时候自动停止而不至于循环，所以这里需要对控制秒的脉冲信号加上一些限制。
用到了或非门、与门、非门，还有T触发器，具体连线见图中所示。
（4）该逻辑图中的CP信号设为CP2。
该模块的仿真波形图如下所示：
图4
（1）b（4~1）表示“分”由5自减到0；
（2）a[8~5]表示“秒”的高位有5自减到0；
Q[4~1]表示“秒”的低位由9自减到0。
（3）从整个图形可以看出：
时间由5分59秒开始，一秒一秒的自减到0分0秒。
结论：
扫描电路的设计
由于只用到3个数码管，所以地址端只需S0、S1即可，体现在试验箱上就是有4个数码管。
用到一片74161，将其接成4进制；
还用到四片74151双8选一数据选择器；
另需一片7449BCD--七段显示译码器。
具体的逻辑电路如下页图所示：
图5
（1）74161的输出端QA、QB分别作为数码管的地址端S0、S1和74151
的地址端A、B。
（2）两片74151的32个输入端分别称为1～32；
74151的四个输出端
分别作为7449的输入端；
7449的输出端OA~OG分别称为a~g。
（3）该逻辑电路的CP信号设为CP3，
图6
有图可知电路的设计是正确的。
将上述三个模块组合到一起，就构成了整个的逻辑电路，如下图所示：
图7
总逻辑电路的仿真模型为
图8
通过对逻辑电路进行仿真，从波形图上可以看出，用电器每隔30秒就会自动改变一下状态，且可以随时由KaiGuan改变状态，数码管上的数字显示是：
5分59秒~0分00秒，此逻辑电路符合题目要求，其设计是正确的。
5底层元器件的生成程序
5.1BCD-7段数码管显示译码器电路
library
ieee;
use
ieee.std_logic_1164.all;
entity
bcd71
is
port（d:
in
std_logic_vector（3
downto
0）;
led:
out
std_logic_vector（6
0））;
end
bcd71;
architecture
arch
of
begin
led<
=
"
1111110"
when
d="
0000"
else
0110000"
0001"
1101101"
0010"
1111001"
0011"
0110010"
0100"
1011011"
0101"
1011111"
0110"
1110000"
0111"
1111111"
1000"
1111011"
1001"
0000000"
;
arch;
5.2MUX8
ieee.std_logic_signed.all;
ieee.std_logic_unsigned.all;
mux8_12
is
port（d0,d1,d2,d3,d4,d5,d6,d7:
std_logic;
g:
a2,a1,a0:
y:
std_logic）;
mux8_12;
one
signala:
std_logic_vector（2
begin
a<
=a2&
a1&
a0;
process（a,g,d0,d1,d2,d3,d4,d5,d6,d7）
if
g='
0'
then
y<
='
else
case
a
when"
000"
=>
=d0;
001"
=d1;
010"
=d2;
011"
=d3;
100"
=d4;
101"
=d5;
110"
=d6;
111"
=d7;
others=>
case;
if;
process;
one;
5.360进制计数器
libraryieee;
--调用ieee库
useieee.std_logic_1164.all;
--使用ieee库中的1164包
useieee.std_logic_unsigned.all;
--使用ieee库中的无符号包
entitycntm60is
port（ci:
instd_logic;
--来至低级的进位
nreset:
--清零端
load:
--置数端
d:
instd_logic_vector（7downto0）;
--与置数端对应的数据输入端
clk:
--时钟端
co:
outstd_logic;
--进位输出端
qh:
bufferstd_logic_vector（3downto0）;
--计数器的高位输出端
ql:
bufferstd_logic_vector（3downto0））;
--计数器的低位输出端
endcntm60;
architecturebehaveofcntm60is
co<
1'
when（qh="
andql="
andci='
）else'
process（clk,nreset）
begin
if（nreset='
）then
qh<
="
ql<
elsif（clk'
eventandclk='
if（load='
=d（7downto4）;
=d（3downto0）;
elsif（ci='
if（ql=9）then
if（qh=5）then
else
=qh+1;
endif;
=ql+1;
endprocess;
endbehave;
5.4十进制计数器
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITYcnt10IS
PORT（
CLK:
INSTD_LOGIC;
LOAD,CLR:
--CLR：
清除数据
EN:
--信号使能
DATAIN:
INSTD_LOGIC_VECTOR（3DOWNTO0）;
--输入的4位数据
Q:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（3DOWNTO0）;
--输出的4位数据
CARRY_OUT:
OUTSTD_LOGIC--数据装载
）;
ENDcnt10;
ARCHITECTURErtlOFcnt10IS
SIGNALTMP:
STD_LOGIC_VECTOR（3DOWNTO0）;
--链接输入输出
BEGIN--数据的信号
PROCESS（CLK,LOAD,CLR,EN）
BEGIN
IFCLR='
THEN--当CLR高电平，数据变为0000
TMP<
="
ELSIFLOAD='
THEN--否则装载输入的数据
=DATAIN;
ELSIFCLK'
EVENTANDCLK='
THEN--上升沿时，执行10进制减法
IFEN='
THEN
IFTMP="
THEN--0跳转到9
ELSE--自动减1
=TMP-'
ENDIF;
THEN
CARRY_OUT<
--COOK<
=CARRY_OUT
ELSE
ENDPROCESS;
Q<
=TMP;
ENDrtl;
5.5JK
cnt16
port（clk,clr,enb,control:
cout:
coh:
cnt16;
process
（clk,clr,enb,control）
variable
co
:
clr='
co:
elsif
rising_edge（clk）
enb='
control
'
15
=co+1;
co>
0
=co-1;
1111"
co=15
cout<
coh<
=co;
architecture;
6硬件实验结果
对总的逻辑电路进行编译下载后，在试验箱上连线，观察到如下现象：
表示用电器工作状态的指示灯每隔30s就会自动“亮”或“灭”，用高低电平当作开关来控制电路，也可以实现用电器状态的自动转换；
数码管上的时间显示为000、559、558……000。
硬件实验的结果完全符合题目要求，说明此逻辑电路的设计是完全正确的。
7心得体会
当我刚刚拿到题目的时候，感觉特别难，一点思路都没有，对此软件
的掌握也不是太熟练，后来，经过自己进一步的仔细琢磨、认真思考以及刻苦练习，慢慢地有了点眉目。
然后我就一点一点的设计电路，最后再进行模块组合，把整个设计思路连接起来成为了一个整体的数字电路。
当然在这其中也有过不少的错误，我仔细查看电路找错误，通过一次又一次的不断修改与仿真，我的电路一步步趋于完善，我也正一步步走向成功，当我波形仿真后，完全符合题目的各个要求，经过老师的验收，我顺利通过了这次为期两周的EDA课程设计。
经过这次课程设计，我发现自己还有很多不足，对数字电路某些内容的掌握不是太熟练，在逻辑电路设计方面欠佳；
同时，在课程设计的过程中，我也学会不少新的知识，扩展了自己的知识面，培养了亲自动手实践的能力，并且也对以前已经学过的知识进行了巩固练习。
我又一次深深体会到了知识的力量，感受到在知识海洋里遨游是一件多么愉快的事情。
从中我也悟出了一些道理：
人是不可以满足的！
我深信，经过刻苦学习，我一定可以掌握更多的科学知识。
在此，我深深地感谢每一位老师！
8参考文献
[1]赵全利.《EDA技术及应用教程》
[2]韩力群.《人工神经网络理论、设计及应用》第二版.化学工业出版社，1990.1
[3]闻新，周露，李翔，张宝伟.《MATLAB神经网络仿真与应用》.科学出版社，2003.7
[4]邹彦.《EDA技术与数字系统设计》.电子工业出版社
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